核電與數據中心耦合發展的思考

　　核電與數據中心的耦合發展可以打破行業間用能壁壘，實現核電的跨行業發展，為核電發展提供又一潛在應用場景，也將會保障數據中心的安全穩定運行。

　　1.核電是清潔低碳安全穩定的優良基荷電源

　　(1)核電是全球和我國清潔電源的重要構成

　　1954年全球首臺核電機組蘇聯奧布寧斯克核電站投運以來，核電一直是人類向往和使用的清潔穩定電源。目前，全球在運核電機組417臺，總裝機容量3.7億千瓦。多年來，核電一直是全球第二大清潔電力，僅次于水電。2024年，全球核電總發電量為2.6萬億千瓦時，為全球清潔能源發電量貢獻了25%的占比。我國商業運行核電機組58臺，總裝機容量6088萬千瓦，核電機組數量位居世界第二位，僅次于美國，核電總裝機容量位居世界第三位，僅次于美國和法國。我國在運、在建和核準待建核電機組112臺，總裝機容量1.26億千瓦，總規模位居世界首位。2024年，我國核電發電量為4334億千瓦時。核電在我國清潔電力中的占比為12%。根據生態環境部、國家統計局和國家能源局聯合發布的《2023年全國電力碳足跡因子》，核電全生命周期碳足跡因子僅為6.5克/千瓦時，是所有電源類型中最小的，并且核電在運行過程中不排放二氧化碳。

　　(2)核電是穩定可靠持續運行的電源形式

　　核電是每年穩定運行時間最長的電源設施。2024年我國核電設備平均利用小時數為7805.74小時，相當于325天都在運行，平均停堆天數僅為41天。核電機組運行壽命較長，可以滿足數據中心全生命周期用能需要。我國二代核電設計壽命為40年，一般可以延壽20年，實際運行壽命能達到60年。我國目前在運的二代核電機組平均運行時間僅為10年，距離退役還有較長時間。三代和四代核電是更先進的核電技術，設計壽命為60年，還可以進一步延壽20～40年，實際運行壽命可以到80～100年。我國剛投運三代和四代核電機組，后續開工建設機組將采用這些先進技術。

　　(3)全球范圍內正在積極推動核電產業大發展

　　如同全球積極推動數據中心快速發展一樣，全球正在廣泛掀起核電大發展的熱潮。全球性的數據中心和核電大發展恰好迎來世紀性相遇。國際原子能機構連續四年調高2050年全球核電發展高低情景發展預測值，預計全球核電裝機容量分別增長到5.14億千瓦和9.5億千瓦。國際能源署按照現行政策、已宣布承諾政策和凈零排放政策等三種方式預測了2050年核電發展容量，將分別增長到6.47億千瓦、8.74億千瓦和10.17億千瓦。中石化技術經濟研究院預測到2050年我國核電裝機達到2.5億千瓦。各相關國家政府組織正在制定切實可行的核電發展規劃。在第28屆聯合國應對氣候變化大會(COP28)上，以美國為首的20多個國家聯合宣布到2050年，推動全球核電裝機達到以2020年為基準的三倍核能發展計劃。在COP29上，又有6個國家參加該計劃。我國正在實施積極安全有序發展核電的政策，并以法律的形式予以規定。美國、英國、印度等國家制定了數倍的核電發展計劃。法國、俄羅斯、韓國、日本也制定了明確的推動核電裝機規模擴大的計劃。作為推動核電規模化發展的具體執行者，大型用能公司正在聯合起來推動核電發展計劃。2025年休斯敦劍橋能源周會議期間，全球主要大型用能公司首次聯合起來，發起一項開創性跨行業倡議，強調核能在增強能源安全、韌性以及提供持續清潔能源方面關鍵作用。谷歌、亞馬遜、Meta和陶氏公司等全球知名企業，聯合全球14家主要銀行和金融機構、140家核工業公司以及31個國家，共同支持全球三倍核能發展計劃。

　　2.數據中心具有重要發展趨勢

　　(1)數據中心安全運行離不開穩定的電力支持

　　數據中心對電力供應的穩定性與連續性有極高要求，任何斷電都可能引發數據丟失或服務中斷的嚴重后果。數據中心是數字經濟高質量發展的重要支撐。算力是數字時代的核心生產力，數據中心是算力的基座，以數據為資源，驅動人工智能模型對數據進行深度加工，產生源源不斷的智慧計算服務，支撐社會經濟活動平穩運行。數據中心的安全穩定運行，是我國發展數字經濟和推動數字中國建設的必要條件。隨著數字化發展的不斷深入推進，數據中心在推動經濟增長和產業升級、提升城市競爭力、改善城市治理和公共服務、促進科技創新、推動區域平衡發展等方面逐漸扮演著重要的角色。確保數據中心的安全穩定運行，保證持續充足的電力供應是重要因素之一。

　　(2)數據中心用電量逐年上升

　　數據中心對電力的需求量正在逐年上升。目前，全球數據中心用電量為全球總發電量的1%～2%，預計2030達到3%～4%。數據中心快速增長與電源供應之間的矛盾日益凸顯，預計到2027年全球40%的數據中心因電力供應不足而面臨運營困境。新加坡數據中心和愛爾蘭數據中心用電量分別占全國總用電量的7%和21%。美國弗吉尼亞州擁有美國最大數據中心，每年用電量占該州總用電量的26%。我國數據中心2021年和2022年用電量分別占全國總用電量的2.6%和3.1%，預計2025年和2030年該數據為4%和5%。數據中心耗電大的主要原因有：一是算力需求呈指數增加。ChatGPT、DeepSeek等大數據模型參數量巨大，訓練需要的算力相當于高性能芯片連續運行數周，用電量急劇增加，如ChatGPT一次查詢用電量就是谷歌搜索的近10倍。二是硬件能耗增加。算力能力提升依賴高功耗高性能芯片，如英偉達H100芯片功耗為1千瓦，大型數據中心每小時就消耗數千兆瓦的電力，相當于一座小城市的用電量。三是數據中心規模擴大。為了滿足日益增長的算力需求，數據中心不斷擴大規模，機柜功耗和用電規模同時提升，導致電力需求急劇增加。四是電源供應受到限制。盡管數據中心盡可能增加可再生能源電力使用量，但電網的輸電能力、儲能技術和穩定性面臨挑戰，超大規模數據中心需要配備專屬核電站或巨型太陽能供電。

　　3.國外大數據運營商正在推動核電與數據中心耦合

　　(1)施耐德電氣公司發布數據中心與小堆耦合的報告

　　法國施耐德電氣公司在《適用于數據中心的模塊化小堆》白皮書報告中指出，數據中心正以前所未有的方式需求能源供給，同時非常關注自身碳足跡問題。白皮書認為，模塊化小堆為數據中心提供電力供應極具前景，有望徹底改變能源格局。

　　(2)大數據企業聯合主要能源企業發布倡議推動核電發展

　　2025年3月10—14日，在美國休斯敦舉辦的第43屆劍橋能源周論壇上，包括谷歌、亞馬遜、Meta等大數據企業和多家能源企業聯合14家全球主要銀行和金融機構、140家核工業企業以及31個國家政府，發起一項跨行業倡議，強調核能在增強能源安全、電網可靠性和提供穩定清潔能源方面的作用，支持全球2050年核電裝機容量達到三倍的計劃，鼓勵發展先進反應堆、小型堆和核能綜合利用。

　　(3)多家大數據企業正在探索使用核能進行供電

　　施耐德電氣與加拿大特里斯特爾能源公司簽署核能合作協議，研發一體化熔鹽堆為工業設施和大型數據中心提供零碳能源解決方案。Meta認為核電發電穩定，有助于電網穩定和人工智能用電需求，正在探索使用核能為數據中心供電。亞馬遜分別與西北能源公司、X能源公司和道明尼能源公司三家公司簽署三份建設小型堆的合同，降低碳足跡，加速向零碳能源轉型，作為數據中心大規模擴張的一部分。谷歌與凱洛斯電力公司(KairosPower)達成協議，計劃建造多個小型堆為谷歌數據中心提供清潔電力，助力其降低碳足跡，實現2030年凈零排放目標。微軟公司與星座能源公司簽署20年購電合同，包括重啟三哩島核電站1號機組，為數據中心供電。美國政府為霍爾臺克公司提供最高達15.2億美元融資擔保，用于重啟帕利塞德斯核電站，以應對數據中心對電力的需求。甲骨文正在設計一個超級數據中心，需要電力超過100萬千瓦，將有3座小型堆提供電源。瑞士核能初創企業DeepAtomic推出專門面向數據中心的小型輕水堆MK60，為支撐云服務、加密貨幣運算和人工智能應用的數據中心提供電力。美國核能初創公司Oklo希望在2027年前推出其首座金屬冷卻反應堆，為解決數據中心電力需求問題提供方案。

　　4.核電與數據中心耦合也遇到了一定的問題

　　(1)核電站不能建在數據中心周圍

　　由于現有核電還在沿用傳統的核電設計標準，以反應堆為圓心設有半徑為5公里的規劃限制區，使得具有更高安全性的先進堆和小型堆遠離人口密度稠密地區。數據中心考慮電力供給安全、網絡連接穩定、數據傳輸快、云計算效率高、市場需求旺盛、交通便捷、設備運輸和維護方便等因素，大多在人口密度相對較高的地方選址。核電站選址距離遠離高密度人口區，而數據中心選址接近人口密度相對高的地區，使得先進反應堆尤其是小型堆以現有法規標準和導則，較難與數據中心匹配耦合發展。

　　(2)核電與數據中心建設工期不太匹配

　　核電機組建造周期長。對于技術成熟且實現批量化標準化建設的大型核電機組，建造工期約為5年。我國“玲龍一號”小堆是全球首個標準化的模塊化小堆技術，正在建設過程中，預計建設工期5年，即使標準化批量化后，建設工期預計在3年以上。再加上核電前期選址、各部門審批等環節的時間，預計到真正建成需要10年的時間。數據中心屬于裝配式建設，一般需要幾個月到一年的時間就可以完成建設。因此，使用核電為數據中心供電，需要考慮建設工期匹配的問題。

　　(3)小堆的經濟性有待進一步提升

　　大數據企業認為小型堆具有部署靈活性和供電的持續性，發電功率較為適合數據中心用電需求，傾向于使用小型堆為數據中心供電。但是，小堆現在還沒有大規模部署，處于示范工程建設和運行階段。其經濟性有待進行驗證，需要進一步提升。

　　5.相關措施建議

　　(1)推動示范項目落地

　　對于已經成熟的大型核電站，推動數據中心與核電站簽訂長期購電協議，通過電網為其專門供電，探索大型核電站對數據中心直供電的示范項目。對于小型堆，選擇位置相對良好的數據中心，開展小型堆建設，推動小型堆與數據中心耦合發展示范項目落地。

　　(2)出臺相關法規標準

　　先進堆和小型堆是新質生產力的代表。其安全性已經超過傳統二代核電1～2個數量級，安全性能顯著提高。當前，幾乎還沒有出臺針對先進堆和小型堆選址位置的法規標準。其選址位置要求基本還是遵守傳統二代核電法規標準，在選址位置環節沒有體現出先進堆和小型堆的優勢，因此有必要出臺適應先進堆和小型堆發展的專用法規標準。

　　(3)提前規劃核電項目

　　鑒于核電機組的選址、審批和建設周期相對較長，宜在國家和地方規劃中提前做出相應部署。通過提前開工建設核電機組，盡可能做到核電機組與數據中心同步運行。

　　(4)多渠道提升小型堆經濟性

　　通過模塊化、批量化、標準化、系統簡化、智能化和縮短建造工期，以及重要設備工廠制造現場組裝等方式提升小型堆的經濟性。通過考慮電力類型全壽命周期的碳足跡和計算碳稅等因素收入，提高小型堆的經濟性。

　　作者：李言瑞 作者系中核戰略規劃研究總院科技帶頭人，副研究員；王一涵 作者系中核戰略規劃研究總院高級工程師；李昱磊 作者系中核戰略規劃研究總院工程師